沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度时变规律试验研究

通过模拟沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度试验,研究得出了环境氯离子浓度、混凝土强度、时间历程对混凝土表面氯离子浓度的影响规律,并分别建立了沿海大气环境下环境氯离子浓度、混凝土强度、时间历程与混凝土表面氯离子浓度的关系式,同时建立了基于既有混凝土结构检测的混凝土表面氯离子浓度时变式,揭示了沿海大气环境下其对混凝土表面氯离子浓度的影响规律。进而综合反映环境因素、施工情况、胶凝材料和时变因素等影响因素建立了沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度时变模型。     

海洋环境下混凝土中氯离子传输规律

为了解决海洋环境下混凝土结构过早腐蚀,达不到服役寿命的问题,通过对海洋环境下不同腐蚀区域、不同暴露时间的混凝土结构进行氯离子质量分数检测,研究了海洋环境下混凝土在不同区域、不同侵蚀时间的氯离子传输规律。结果表明:海洋环境下当侵蚀时间一定时,混凝土的氯离子质量分数由高到低依次为水下区、潮汐区、大气区,但潮汐区的混凝土外观损伤比水下区严重;当腐蚀区域相同时,混凝土中的氯离子质量分数随腐蚀时间的增加而增大,并随深度的增加而减小,最后趋于稳定;在腐蚀时间和腐蚀区域都相同的条件下,混凝土的抗氯离子侵蚀能力随水灰比的增大而减小。     

氯离子环境下既有钢筋混凝土桥梁耐久性的概率分析

分析讨论了钢筋脱钝的氯离子临界浓度，基于既有钢筋混凝土桥梁的实测数据，以Fick第二扩散定律导出的氯离子扩散数学模型为基础，对氯离子浓度和氯离子扩散系数进行优化计算确定。另外，将氯离子临界浓度值视为因暴露区域而变的定值，混凝土保护层厚度和计算模式不确定性系数视为随机变量，以同一座桥梁一定区域内的混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散系数为一个确定的值，建立了氯离子环境下钢筋脱钝的时变概率模型。以一座实际的桥梁为例，计算了在t年时钢筋脱钝概率的预测值。该钢筋脱钝时变概率模型可用于近海环境下混凝土桥梁中钢筋脱钝的预测，以及既有钢筋混凝土桥梁结构的耐久性评估，从而可以揭示结构潜在的危险，为及时做出维修加固决策提供重要的依据。     

裂缝混凝土中修正的氯离子运移模型研究

通过研究裂缝混凝土中氯离子运移,建立了综合考虑扩散作用、结合作用以及电势场作用的耦合模型,预测带裂缝混凝土结构的寿命。模型从已有试验数据中得到了较好验证。基于南通盐渍土环境,运用Comsol Multiphysics软件分析了裂缝宽度和深度不同的裂缝混凝土中氯离子运移。研究表明:裂缝混凝土中氯离子浓度随侵入深度增加而降低,降低趋缓,随着时间增加而增长,增长趋缓。氯离子从混凝土裂缝运移到混凝土中时,浓度突降。随着裂缝宽度或深度的增大,氯离子含量增加,增加趋缓,宽度差别的影响减小,深度的不同对裂缝中氯离子的运移几乎没有影响,对临界氯离子浓度的侵入影响较大。为保证混凝土结构物100年使用年限,建议严格限制裂缝,保护层厚度采用55mm。     

基于线性增量的混凝土表面氯离子浓度预测模型

基于Fick第二扩散定律,综合考虑了混凝土初始表面氯离子浓度以线性方式变化、扩散系数随时间不断减小以及温湿度对氯离子扩散的影响,把氯离子扩散过程分为两个阶段,推导得到一个新的氯离子扩散方程,结合现有数据,对理论数学模型进行了验证。结果表明:随着表面氯离子浓度以线性积累速率的减慢,短期内氯离子扩散过程也变得缓慢;阶段一与阶段二时间结合点处的两个氯离子曲线分布得到很好的吻合,用新方程所得到的氯离子分布曲线与以往普遍采用基准方程得到的分布曲线也能很好地匹配,在分别计算10 a,25 a,50 a混凝土中钢筋表面氯离子浓度到达锈蚀临界浓度时,用新方程比采用基准方程时要提前约3%~14%,且随着时间的增长二者之间差异不断减小。     

氯盐环境下钢筋强度时变模型

为了研究氯盐环境下钢筋强度规律,主要开展了以下工作:1运用Fick第二扩散定律,在基于氯离子扩散系数时变性以及多参数影响的基础上,得到了钢筋初锈时间,建立了蚀坑面积时变模型,继而构建了锈蚀钢筋强度时变模型;2对钢筋强度时变模型的影响因素进行了敏感性分析,发现混凝土保护层对钢筋强度的影响最大:当混凝土保护层厚度由10 mm增加到25 mm时,钢筋强度较之前可提高63%,而临界氯离子浓度对钢筋强度的影响最小;3利用误差传递公式对局部锈蚀钢筋的强度进行了理论分析,得到均值、变异系数计算模型,同时将所得分布的均值与试验所得数据对比证明此强度时变模型可用于工程实际预测。     

引气粉煤灰混凝土的氯离子扩散系数

基于盐碱寒冷地区的工程环境与混凝土的配制特点,模拟配制了SA溶液,采用正交方案试验研究了水灰比、含气量和粉煤灰掺量3个参数对引气粉煤灰混凝土氯离子扩散系数的影响,建立了氯离子扩散系数计算模型,并采用游程检验法对计算模型进行了检验,结果表明该模型表征的相关关系显著,预测值与实测值无显著差异。     

静水压力下混凝土中氯离子传输特性试验研究

氯离子是造成混凝土中钢筋锈蚀的主要原因,混凝土过早腐蚀耐久性降低,使混凝土结构达不到服役寿命.通过长期渗透性试验,定量地研究氯离子在不同静水压力、不同配合比、不同压力作用时间下的氯离子传输特点.结果表明,在静水压力作用下,氯离子的渗透深度和含量随着静水压力及其作用时间的增加而增加.内掺一定量的粉煤灰可以有效地降低混凝土中氯离子的侵入.     

复合盐与干湿循环耦合作用下混凝土材料劣化机理试验研究

为了研究复合盐与干湿循环耦合作用下地下结构混凝土劣化规律,通过RCT氯离子含量测量与混凝土相对动弹性模量测量试验,分别测得不同工况下不同位置处氯离子含量与混凝土相对动弹性模量值,定量分析了硫酸盐浓度与干湿循环次数对混凝土结构劣化情况的影响。试验结果表明:混凝土内部氯离子含量随测试深度的增加而减少;同一深度处,氯离子含量随侵蚀环境中硫酸盐浓度的增加先增多后减少,随干湿循环次数的增加而增多。混凝土相对动弹性模量随硫酸盐浓度的增高而减小,且减小量随硫酸盐浓度的增高而降低;混凝土相对动弹性模量随干湿循环次数的增加先增大后减小。     

在富集氯离子环境中钢丝绳吊索结构的腐蚀性能分析

氯离子是海洋大气中的重要成分,往往会腐蚀钢丝绳吊索。采用与西堠门大桥直径为60 mm的吊索类似结构的钢丝绳,利用室内加速试验模拟海洋大气中氯离子对钢丝绳吊索的腐蚀环境,研究了不同浓度氯离子环境下钢丝绳的腐蚀,并利用SEM(扫描电子显微镜)和XRD(X射线衍射)对腐蚀产物及形貌进行分析。结果表明:吊索结构钢丝绳在其它条件相同的情况下腐蚀速率随氯离子浓度的增加而增大,钢丝绳的腐蚀与其钢丝缠绕紧密程度密切相关,并且腐蚀产物积累分布不均匀,在钢丝缝隙处较多;吊索结构钢丝绳在条件相同的情况下腐蚀速率随时间的推移而减小;吊索结构钢丝绳与钢片腐蚀的微观物理结构有显著差异,即钢丝绳腐蚀无腐蚀裂缝而钢片腐蚀有腐蚀裂缝。     

冻融作用对引气混凝土钢筋握裹力、碳化与氯离子扩散系数的影响

采用快速冻融试验、碳化试验以及NEL法氯离子扩散系数试验,研究了冻融作用对引气混凝土钢筋握裹力、碳化深度以及氯离子扩散系数的影响。结果表明:混凝土钢筋握裹力随受冻程度的提高明显降低,并且非引气混凝土的降低幅度明显大于引气混凝土;引气混凝土的碳化深度随受冻程度的提高明显增大。     

海洋环境下混凝土桥梁结构抗氯离子侵蚀耐久寿命预测

氯离子临界浓度是研究海洋环境下混凝土结构耐久性的一个重要参数。文章通过对烟威路沿线海洋环境中桥梁氯离子浓度、混凝土保护层厚度、锈蚀电位、电阻率等与结构耐久性相关的技术指标的检测,确定了该沿线环境下钢筋混凝土桥涵在大气区、浪溅区和水位变动区混凝土中诱发钢筋腐蚀的氯离子临界浓度,在此基础上,提出了利用钢筋表面氯离子浓度检测值预测结构抗氯离子侵蚀耐久寿命方法。     

影响混凝土表面氯离子浓度的主要因素综述

目前针对混凝土表面氯离子浓度的影响因素的研究分析表明,其主要影响因素有时间、材料及环境三个方面.暴露时间的延长,表面氯离子浓度将会增大;养护时间的延长,使得混凝土结构逐渐变密实,表面氯离子浓度随之降低.水胶比的增大,稳定后表面氯离子浓度将逐渐增大,且会更快地达到稳定状态;加入矿物掺合料之后,氯离子累计速率会明显增大,即表面氯离子浓度会更快地达到稳定状态,且稳定后的表面氯离子浓度也相应增大.暴露环境介质中的氯离子浓度越高,表面氯离子浓度也会越高;混凝土结构离海岸的距离,以及吹向混凝土结构海风的风速也会对混凝土结构表面自由氯离子浓度产生一定的影响.影响混凝土结构表面氯离子浓度的因素众多,想要确切地计算和预测出混凝土结构表面的氯离子浓度有较大的难度,目前国内外对于这方面的工作只能对其采取经验公式进行计算和预测,因此,对于氯离子浓度的计算还有待深入研究.     

混凝土材料的氯离子迁移细观数值模拟

氯离子是钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀主要原因。现今研究者大多利用Fick第二定律及其数学模型的解析解对暴露于氯离子环境下的混凝土材料和构件进行一维分析。本文研究建立了氯离子在混凝土中扩散的二维有限元数值模型,提出了混凝土多边形骨料生成算法,生成了骨料、砂浆和界面的三相复合数值模型。分析了混凝土材料中氯离子的迁移规律。将计算结果与试验结果进行了比较。结果表明,使用二维有限元数值模型可以较好的预测混凝土中不同时间、位置变化的氯离子集聚和扩散情况。分析了混凝土中骨料体积率对混凝土渗透系数的影响。研究结果表明:骨料体积率和混凝土的氯离子渗透系数基本呈线性关系,体积率越大,渗透系数越小。     

弯曲荷载作用下水位变动区域混凝土中氯离子扩散规律试验

为了明确氯离子在水位变动区域混凝土中的扩散特性,研究了干湿交替条件和弯曲荷载共同作用下氯离子在混凝土中的扩散规律。试验过程中考虑3个试验因素:混凝土强度等级、弯曲荷载水平、应力性质。试验结果表明:随着混凝土强度等级的提高,氯离子扩散性能降低;随着荷载水平的提高,受拉区混凝土抗氯离子侵蚀的能力降低,受压区混凝土抗氯离子侵蚀的能力有所提高;受拉区混凝土抗氯离子侵蚀能力明显低于受压区;无论承受受压荷载还是受拉荷载,随着时间的延长,氯离子在混凝土中的扩散系数均逐渐降低。     

粉煤灰对混凝土碳化及氯离子侵蚀规律的影响

采用氯盐浸泡与碳化交替方式,研究了氯盐侵蚀与碳化条件下粉煤灰掺量对混凝土碳化及氯离子侵蚀规律的影响。结果表明:随粉煤灰掺量的增加,混凝土表层(0～8mm)碳酸钙含量呈降低趋势,而在较深范围内(10～40mm)碳酸钙含量呈增大趋势;粉煤灰掺量的增加扩大了混凝土碳化深度;碳化条件下,随粉煤灰掺量的增加,混凝土表层氯离子含量增大,氯离子含量峰值向内迁移;在碳化影响范围内,随粉煤灰掺量的增加,混凝土结合氯离子含量呈降低趋势,而在未受碳化影响范围内,粉煤灰的掺入提高了混凝土结合氯离子含量。     

氯离子在预应力混凝土结构中扩散过程的有限元分析

为指导氯离子侵蚀环境下预应力混凝土结构耐久性设计和寿命预测,基于Fick第二定律的混凝土中氯离子扩散方程与热传导方程的相似性,考虑物理或化学吸附、毛细吸收、预应力等多种机制和因素对氯离子在混凝土内传输的影响,对氯离子扩散系数进行了修正,采用ANSYS中热分析模块对氯离子在预应力混凝土结构中的扩散过程进行数值分析.通过与氯盐侵蚀环境混凝土中氯离子浓度试验值进行对比,证明该方法能有效预测氯盐侵蚀环境混凝土中氯离子浓度分布.采用该方法对现役近海预应力混凝土铁路桥梁氯盐侵蚀情况进行模拟,分析得出服役60年左右该预应力混凝土铁路桥梁达到结构耐久性极限状态.     

氯盐环境下非承载力因素对受弯构件可靠性的影响

在正常使用条件下，钢筋混凝土受弯构件抗力的衰减，主要是由于钢筋腐蚀造成的，在考虑抗力随时间变化的情况下，结构在设计基准期内的可靠性下降。在氯盐环境下导致钢筋腐蚀的主要原因是氯离子侵蚀，本文通过试验确定了水灰比与氯离子扩散系数之间的统计关系，在此基础上以浪溅区的钢筋混凝土受弯构件为例，分析了混凝土保护层厚度、水灰比、设计基准期等与耐久性有关的非承载力因素对设计基准期内结构可靠性的影响。     

硫酸侵蚀环境下水泥土多元线性回归强度模型

通过模拟试验探讨了在不同H2SO4侵蚀环境下不同龄期的水泥土表观变化和抗压强度衰减规律,得出了水泥土表面腐蚀程度随着侵蚀时间的增长和H2SO4介质浓度的增大而增加,水泥土抗压强度随H2SO4浓度的增大而减小;分析了H2SO4溶液的pH值和SO4-2浓度随时间的变化关系,得出随着时间的增长侵蚀溶液的pH值增大SO4-2浓度则呈下降趋势.研究认为:受H2SO4侵蚀的水泥土强度改变与环境溶液的pH值、SO4-2浓度和时间密切相关.在该基础上建立了考虑H2SO4侵蚀环境下pH值、SO4-2浓度、时间多因素的多元线性回归的水泥土强度Q-T,pH,S模型,经对比预测值与实测值,证明两者比较接近.     

高强混凝土中氯离子扩散性能试验研究

采用室内试验,以厦门海底隧道衬砌结构C45高强混凝土为例,对氯离子在高强混凝土中扩散性能进行了综合研究,研究结论可作为混凝土耐久性及同类研究借鉴.结果表明,扩散时间对混凝土内部氯离子浓度有较强的积累效应;环境氯离子浓度高低对氯离子向混凝土内部扩散有促进或减缓作用;较小的拉、压应力对氯离子的扩散性态影响不明显;随着混凝土龄期的增长,自由氯离子占总氯离子含量的比例逐渐增加.